J. Korean Oph. Opt. Soc.
Vol. 14, No. 2, pp. 27-30, June 2009
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소프트콘택트렌즈의 재료에 따른 광학적 특성에 관한 연구
손병호·정주현
건양대학교 안경광학과
투고일(2009년 4월 28일), 수정일(2009년 5월 25일), 게재확정일(2009년 6월 4일)
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목적: 현재 판매되어지고 있는 SCL의 건조 및 젖음 상태에 따라 UV 및 가시광선 투과율을 측정하였다. 방법: 시 중에 유통 중인 5가지 종류의 재료를 건조 및 젖음 상태에 따라 Spectrophotometer로 측정하여, SCL의 광학적 특성 을 조사하였다. 결과: 5가지 재료 중에서 젖음 및 건조 상태의 구별없이 일정한 투과값을 가진 재료도 있었다. 측정 된 SCL의 가시광선 범위 투과율은 약 80% 이상의 투과율이 나와 광학적으로 우수하였다. 또한 대다수 SCL의 경 우 UV에서 젖음 상태의 투과율이 건조 상태보다 높은 투과율을 나타냈다. 결론: 측정된 SCL의 재료 중에는 가시 광선 범위에서 우수한 광학적 성능을 보였지만 대다수 SCL의 경우 UV 범위에서 높은 투과율이 나타냈다. 그러므 로 앞으로 UV를 차단 기능이 있는 신소재 개발의 필요성이 강조될 것이다.
주제어: 소프트 콘택트렌즈, 투과율, UV
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서 론
어떤 물체를 볼 수 있게 하는 가시광선은 많이 통과하 게 하고 각막과 망막에 손상을 입히는 유해광선인 UV를 100% 차단할 수 있는 보조기구로 안경렌즈, 콘택트렌즈 등이 있다[1].
그러나 그동안에는 소프트 콘택트렌즈(Soft contact lens, SCL)에 대한 정보는 렌즈 재료, 곡률, 굴절력, 선형치수, 산소투과율, 형상과 외관 및 물리화학적 성질 등으로 나타 낸다. 유통된 콘택트렌즈의 경우 굴절력, 곡률반경, 전체 직경, 재료, 중심두께, 함수율, 산소투과성 등은 제품포장 으로부터 일부 또는 전부를 알 수 있으나[2], SCL가 얼마 의 광투과율을 가지고 UV 차단의 능력이 있는지는 중요 한 문제가 되지 않았다. 또한 SCL 관련서적에도 SCL의 광투과율을 가지고 얼마의 UV를 차단하는지는 충분한 자 료가 없다. 다만 얼마만큼의 착용시간과 그 시간동안의 착 용감에 대한 자료만이 있을 뿐이다. 하지만 염화불화탄소 물질들(Chlorofluorocarbons, CFS)에 의해 오존층 파괴가 심각히 대두되면서 UV에 관한 관심이 높아지는 지금 UV 의 양이 증가하면 피부암과 피부병, 설안병, 백내장, 군날 개, 각막 이영양증, 일 광 망막염증, 황반부 변성 등의 질 환이 증가하는 것으로 보고 하였다[3]. 특히 290 nm보다 짧은 파장의 UV영역에서는 UV이 미생물을 죽이는 살균 력이 있으며 파장이 짧아질수록 입자성이 강해진다. 사람
눈으로 UV를 볼 수 없는 이유는 각막이 UV를 흡수하기 때문이다.
특히 UV-A(320 nm~380 nm)는 눈에 수정체 색소를 변 화시켜 황색 및 일광 백내장을 유발하고 앞서 설명한 기 타 각막 황반부 질환들을 동반한다.
플라스틱 안경렌즈에서는 TiO2와 ZnO를 사용하고 유리 렌즈에서는 CeO2를 사용하고 있다[4]. 하지만 소프트 콘택 트렌즈에서는 몇몇 회사에서 UV 차단효과가 있다고 말하 는 것이 전부이다.
본 연구는 현재 안경원에서 판매되어지고 있는 SCL의 건조 및 젖음 상태의 UV 및 가시광선 투과율을 UV- Spectrophotometer로 측정하여, SCL의 광학적 특성을 조 사하였다.
실험 방법
안경원에서 취급되어지고 있는 SCL 재료별로 광투과율 분석을 실시하였다. 광투과율 분석은 Shimadzu사의 UV- 2450 Spectrophotometer로 행하였으며 200~900까지 1 nm 간격으로 측정하였다. 광투과율은 가시광선영역에서 ANSI Z80.3-1986 규정에 의해서 380~780 nm까지 CIE(1931) Standard Colorimetric Observer의 Photopic Luminous Effi- ciency의 일련의 세로좌표(ordinate)와 Standard Illuminant C의 Spectral Intensity에 의해 측정된 렌즈의 Spectral
교신저자 연락처: 정주현, 대전공역시 서구 가수원동 건양대학교병원 의과학관 216호 TEL: +82-42-600-6333, +82-542-600-6330, E-mail: [email protected]
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Transmittance로 표현했다[5]. 렌즈의 광투과율(τV)는 다음 과 같은 수학적 함수로 표현된다.
여기에서
τ(λ) = 렌즈의 Spectral Transmittance
V(λ) = CIE(1931) Standard Colorimetric Observer의 Photo- pic Luminous Efficiency Distribution [ ]의 스펙트럼 세로좌표
SC(λ) = Standard Illuminant C의 Spectral Intensity 투과율은 ANSI Z80.3-1986 규정에 의해서 UV-C, UV- B, UV-A영역을 각각 UV-C(200-280 nm), UV-B(280- 320 nm), UV-A(320-380 nm), Visible(380-780 nm)으로 분 류하여 계산하였다. 측정한 소프트 콘택트렌즈의 굴절력 은 −2.00D, 함수율은 36~38%로 행하였다. 샘플은 재료별 로 분류하여 측정하였고, 샘플은 다시 건조기안 상온에서 완전히 건조 후 다시 광투과율은 측정하였다. 측정에 필요 한 콘택트렌즈홀더는 자체 제작한 홀더(9×9 mm)를 사용 하였고, 렌즈가 구겨지지 않도록 펴서 넣은 다음 측정하였 고, 비교군인 토릭 렌즈는 프리즘 부분이 측정 되지 않도 록 측정하였다.
결과 및 고찰
시중에 판매되어지고 있는 SCL(Soft contact lens)의 재 료를 젖음 상태 및 건조 상태로 만들어 광투과율을 측정 하였다.
Fig. 1의 경우 광투과율은 230 nm 이하에서는 낮은 투과 율을 유지하다가 점점 증가하여 가시광선에서는 80% 이 상의 투과율을 보여주었다. 그리고 함수율은 포함하고 상
태가 건조한 상태보다 투과율이 낮았다. UV 평균투과율 은 UV-A일때 80, 92%로 높은 값을 가졌다. 특히 우리 눈 에 직접적으로 영향을 주는 UV-A, UV-B의 투과율이 UV- C보다 훨씬 높은 값을 보여주었다.
Fig. 2의 경우 전반적으로 UV영역에서 낮은 투과율은 가졌으나, 260 nm 부근에서 높은 투과율을 가졌다. 360 nm에서 점점 증가하여 가시광선의 투과율은 78% 정도를 보여주었다. 이는 측정한 재료 중에서 가장 낮은 투과율을 보여 주었다. 이는 UV를 차단하기 위하여 UV-A까지 차 단으로 인해서 가시광선 영역의 투과율이 낮은 것으로 판 단된다. UV 평균투과율은 UV-A일때 7, 6%으로 낮은 값 을 가졌다. UV 중에서는 UV-A - UV-C - UV-B순으로 투과 율이 낮은 값을 보여주었다. 젖음상태와 건조상태의 광투 과율의 변화가 거의 없는 것이 특징이었다.
Fig. 3의 경우 투과율은 UV영역에서 높은 투과율은 가 졌으며, 240 nm 부근에서 점진적으로 투과율을 증가하였 다. 특히 C재료는 측정 재료 중에서 가시광선 영역에서 가장 높은 투과율을 보여주었다. UV 평균투과율은 UV-A 일때 가장 높았고 UV-C일 때 가장 낮았다. 또한 수분에 상관없이 UV-A에서 80% 이상의 투과율을 보여 주었다.
이 재료는 젖음 상태가 건조상태보다 UV 투과율이 높은 τV = 380
∫780τ λ( )V λ( )SC( )dλλ 380
∫780V λ( )SC( )dλλ
---
y λ( )
Fig. 1. UV-visible spectra of A-materials.
Fig. 2. UV-visible spectra of B-materials.
Fig. 3. UV-visible spectra of C-materials.
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값을 보여주었다.
Fig. 4의 경우 투과율은 UV영역에서 젖어 있는 상태에 서는 UV-C, UV-B, UV-A의 투과율이 각각 24%, 76%, 79%을 가졌으며, 건조상태에서는 UV-C, UV-B, UV-A의 투과율이 각각 2%, 0%, 5%을 가졌다. 특히 D재료는 260 에서 UV 최대 투과율을 보여주었다. 건조상태에서는 D재 료는 젖어 있는 상태보다 UV 투과율이 더 낮았고, 가시광 선은 더 높은 투과율을 보여주었다.
Fig. 5의 경우 투과율은 UV영역에서 젖어 있는 상태에 서는 UV-C, UV-B, UV-A의 투과율이 각각 9%, 44%, 72%를 가졌으며, 건조상태에서는 UV-C, UV-B, UV-A의 투과율이 각각 5%, 36%, 66%을 가졌다. 특히 E재료는 240 nm에서 점진적으로 증가하는 투과율을 보여주었다. E 재료는 A재료와 비슷하게 UV-A의 투과율이 높게 나왔다.
Table 1은 현재 시중에 판매되어지고 있는 SCL의 재료 를 UV와 가시광선 투과율에 대해 재료별로 조사하여 젖 음 및 건조상태의 투과율을 평가한 결과를 나타내었다. 단 지 UV 영역 UV-A에서는 B재료의 경우 7%로 A, C재료 경우 각각 80%, 93%로 차단 효과가 훨씬 좋은 것으로 평 가되었다. 또한 물을 제외한 건조 상태에서도 B재료의 경 우 6%로 A, C재료 경우 각각 92%, 81%로 순수 재료에서
도 훨씬 좋은 것으로 평가되었다. UV-B에서는 B재료가 UV-A와 같이 A, C보다 우수한 재료로 평가되었고, D재료 의 경우에는 젖음과 건조상태에 따라 가장 큰 변화를 나 타내었다. SCL의 경우 재료에 따라 조금 다르게 측정되었 지만 대다수의 SCL는 UV를 차단하지 못 하였다. UV의 경우 태양광으로부터 지표면에 도달하는 UV은 대부분 UV-A와 UV-B로 이 영역에서 차단효과가 중요하다[6].
유 등[2](2007), “콘택트렌즈의 광투과율 특성 평가”에서 SCL UV 투과율은 90% 이상 보였다. 그러나 본 연구에서 측정된 SCL경우에서는 5~90%의 다양한 투과율을 보여주 었다. 2007년 “콘택트렌즈 광투과율 특성 평가[2]”에서 나 온 연구의 결과보다 UV 차단, 가시광선 투과율은 발전된 모습이 나타났다. 그러므로 앞으로도 UV를 차단 기능이 있는 새로운 소재 개발의 필요성이 강조될 것이다.
결 론
1. B 재료의 가시광선 투과율은 78% 수준이었고, 젖음 상태와 건조 상태에서 거의 동일한 UV 차단을 유지함을 알 수 있었다.
2. 측정된 대다수의 SCL의 경우 UV에서 젖음 상태의 투과율이 건조상태보다 높은 투과율을 알 수 있었다.
3. 측정된 SCL의 경우 가시광선 영역에서 젖음 상태, 및 건조상태에서도 약 80% 이상의 투과율을 나타냈으며, 우 수한 광학재료로 평가되었다.
참고문헌
[1] 김봉환, 임현선, 지택상, “안경렌즈의 광학적 성능에 관한 연구”, 한국안광학회지, 2(1):31-43(1997).
[2] 유동식, 문병연, 김도형, 백선옥, “콘택트렌즈의 광투과율 Fig. 4. UV-visible spectra of D-materials.
Fig. 5. UV-visible spectra of E-materials.
Table 1. Mean transmittance amount of soft lens material UV-C(%) UV-B(%) UV-A(%) Visible(%)
A(wet) 32 72 80 81
A(dry) 24 88 92 96
B(wet) 4 0 7 78
B(dry) 3 0 6 78
C(wet) 39 92 93 95
C(dry) 30 78 81 83
D(wet) 24 76 79 81
D(dry) 2 0 5 91
E(wet) 9 44 72 95 E(dry) 5 36 66 91
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특성 평가”, 한국안광학회지, 12(2):37-45(2007).
[3] 김상문, 심문식, 심현석, 임용무, “비파괴식 검사를 통한 선 글라스의 품질에 관한 연구”, 한국안광학회지, 6(1):125- 131(2001).
[4] American National Standard for Ophthalmics, “Nonpre- scription Sunglasses and Fashion Eyewear-Requirements”, ANSI Z80.3(1986).
[5] Jeffery K. Hovis, David Cranton and B. Ralph Chou,
“Tinted Lenses and the ANSI Standards for Traffic Signal
Transmittances”, Optometry and Vision Science, 68(9):
750-755(1991).
[6] Kostkowski H. J., Saunders R. D., Ward J. F., Popenoe C.
H., and Green A. E. S., “Measurement of solar terrestrial spectral irradiance in the ozone cut-off region, in F.E.
Nicodemus (ed.), Self Study Manual on Optical Radiation Measurements: Part III-Application”, National Bureau of Standars, Gaithersburg, Maryland pp.1-80(1982).
A Study on the Optical Properties by Material of Soft Contact Lens
Byeong-Ho Son and Ju-Hyun Jeong Department of Optometry, Konyang University, Korea
(Received April 28, 2009: Revised May 25, 2009: Accepted June 4, 2009)
Purpose: Transmittance at UV-visible spectra range was measured to confirm the effect of wet/dry state of commercially available SCL on human eyes. Method: Commercially available five SCLs fabricated by different materials were selected to measure optical properties according to humidity. Results: A relatively high transmittance above about 80% in the visible spectra range of the SCLs were observed. In the UV spectra range, the wet samples showed higher transmittance than those dried except an unusual case. Conclusions: All the samples having a high optical properties in the visible spectra range exhibit a high transmittance in the UV region. Further research will be needed to develop new materials having a sharp absorption edge in the UV spectra range.
Key words: Soft contact lens, Transmissivity, Ultraviolet rays
